試作品から最終製品まで－すぐに取付可能な3Dプリントボールベアリング

• **何が必要だったのか？**3Dプリント車両のステアリング用滑り軸受
• 製造方法フィラメント押し出し（FDM）
• **要件：**低クリアランス、高強度、高耐摩耗性
• **材質：**イグリデュールi150
• 業界自動車産業
• 協力による成功良好な表面品質、工具不要の3Dプリンティングによる迅速な製造、開発時間の増加、ベアリングのクリアランスのほとんどない状態

一目でわかるアプリケーション
英国のScaled 3D社は、"Chameleon" プロジェクトにおいて、3Dプリント部品のみで作られた4輪自動車を開発した。車両テスト中、ステアリングシステムの設計は否定的な注目を集めた。ステアリングベアリングのクリアランスが大きすぎ、摩耗が激しかったのだ。このアプリケーションを完全な3Dプリントのままにするため、同社はベアリングポイントにより適した丈夫で耐摩耗性のある素材を探し始めた。イグリデュールi150トライボフィラメントで大小さまざまなテストを行った結果、開発チームは最終的に、クリアランスがほとんどなく、従来のプラスチック製ベアリングよりも耐摩耗性が大幅に向上した5分割プレーンベアリングを設計した。 これにより、ベアリングは3Dプリンターで作られ続けるという条件を満たすことが可能になった。

車両のステアリングシステムはクリアランスが大きすぎて、すぐに不正確になった。また、すぐに摩耗してしまう危険性もあった。そこで、車両の他の部分の既存の形状に合うような、クリアランスがかなり少ないステアリング・ベアリングを作らなければならなかった。プレーンベアリングの深さは20mmを超えないようにした。2つのベアリングのうち下側のベアリングは、両端に2組のラジアルボルトがあるステアリング・コラムに取り付けられるように、内輪を分割する必要があった。この部品はまた、標準的なPLAで作られた以前取り付けられていたベアリングよりもかなり大きな強度を持つ必要があった。

スケールド3Dは、トライボロジー的に最適化されたイグリデュールi150-PFトライボフィラメントに、同社の"Chameleon" プロジェクトに最適な素材を見出した。このフィラメントは、大容量プリンターでの加工が非常に簡単で、強度、靭性、摺動用途での層の密着性において優れた機械的特性を発揮する。このベアリングは5ピース・ボールベアリングに改造され、当初は試作品としてテストされた。試験中、回転時の偏心荷重下でのベアリングのクリアランスは非常に小さかった。最終的な部品は同じ工程で製造されるため、開発段階でのテストはすでに非常に意味のあるものでした。

英国の"Chameleon" プロジェクトの主な目標は、3Dプリンターから生まれた車両を開発することだった。このプロジェクトの背景にある考え方は、大量生産から迅速な顧客別生産への変更であった。同時に、工具を使わない積層造形により、リサイクル材料を使用できるようにした。スケールド3Dによると、将来的には3Dプリントされた車両や構造物に100％リサイクル素材を使用することが可能になるという。これまでのところ、カメレオンチームは2020年の最初のプロトタイプで30％のリサイクル材を使用することに成功している。パーツを3Dプリントするスピードは、このプロジェクトにとって特別な利点である。大型パーツ（1.375kg）のプリント時間は最大83分で、これらのパーツをその日のうちに描画、プリント、テストすることができた。フライス加工や射出成形のような工程に比べてスピードが速いという利点は、車両開発の自由度に非常に良い影響を与え、それはパーツの形状における設計の自由度によって支えられていた。

イグリデュールi150トライボフィラメントのトライボロジー特性の概要を把握するため、同社はまず、小さなフォーマットでコンポーネントをテストした。まず、入れ子にした円筒を印刷したが、未処理の表面は他の素材に比べて非常に品質が良かった。その後、部品は大判で印刷され、その優れた表面品質は印象的な特徴のひとつとなった。交換するボールベアリングは、イグリデュールi150から再印刷された。I150のレースとボールベアリングケージは、低摩擦動作のための良いスライドパートナーであることが証明された。最終的に、5ピースのボールベアリングが完成した。

イグリデュールi150ボールベアリングのテストでは、回転時の偏心荷重下でクリアランスが非常に小さかった。その後、カメレオン・ステアリング・システムに適合するダブル・ベアリング・システムが開発された。Scaled 3D社によると、イグリデュールi150ベアリングのプリント品質はASAと同等で、従来のPLAよりもはるかに優れている。層の高さが1mmにもかかわらず、表面仕上げは非常に良好でした。部品の品質が良いことに加え、同社は部品の組み立てが簡単なことにも満足している。トライボフィラメントは、小型の用途にも、大型プリンターによるプロジェクトにも適している。また、イグリデュールi150は、EU規則10/2011に基づく食品規格に適合しており、食品および包装業界の用途にも適している。